幾乎所有水凝膠中都存在的異質結構對所得的強度和韌性有重大影響。雖然已經用電子顯微鏡觀察到內部結構，但很難測量天然溶脹狀態下的原位局部聚合物濃度。最近，科研人員採用改進的微電極技術 (MET) 來測量具有相分離結構的異質水凝膠的唐南電位。使用這種方法，團隊成功地觀察到定量的原位聚合物濃度範圍從 10.2 μmol/L 到數百 mmol/L。
根據獲得的濃度分布，團隊可以成功地評估解析度小於 0.8 μm 的內部相分離結構。使用 MET，可以估計水凝膠的平均活性係數，團隊發現密集相和稀疏相之間的濃度存在差異。證明 MET 是一種強大的方法，可以局部和定量測量水凝膠內的聚電解質濃度分布。此外，由於與聚電解質的相似性，該方法可應用於體內細胞和器官。實現生物材料內部結構的原位測定可能對局部尺度上受損和患病組織的表徵具有重要意義。
圖 1. 電位測量實驗裝置示意圖。 MET 使用電壓表測量固定在參考溶液中的碳電極和以恆定速率插入測量樣品的玻璃電極之間的電位。固定玻璃電極的適配器與機械手相連，可在電位測量過程中以恆定速度連續插入測量樣品。玻璃電極的尖端直徑約為 150 nm，包含 3 M KClaq 和 Ag/AgCl 線。
圖 2. 唐南電位與聚電解質鏈密度之間的關係。
圖 4. 在不同二惡烷重量分數的二惡烷/水混合溶劑中製備的相分離 DN 凝膠的 TEM 和 MET 評估。
圖 5. 從 MET 測量中獲得的分離 DN 凝膠的濃度分布和密相大小。
圖 6. (a) MET 探測範圍和空間解析度的估計。(b) 綠色矩形顯示 TEM 的測量截面。(c) 插圖顯示了緻密相的 TEM 圖像。(d, e) 綠色球體顯示了 MET 的檢測範圍。
相關論文以題為In Situ Evaluation of the Polymer Concentration Distribution of Microphase-Separated Polyelectrolyte Hydrogels by the Microelectrode Technique發表在《Macromolecules》上。通訊作者是北海道大學Takayuki Kurokawa教授，和共同作者是龔劍萍教授等人。
參考文獻：
doi.org/10.1021/acs.macromol.1c01435